CN116420010A - 燃料气体的组成分析装置及组成分析方法、以及具备该组成分析装置的原动机控制装置及包括该组成分析方法的原动机控制方法 - Google Patents
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Abstract
包含非活性气体及可燃性气体的燃料气体的组成分析装置具备：发热量计测装置，其计测燃料气体的每单位量的发热量；密度计测装置，其计测燃料气体的密度；以及控制装置，其包括组成运算部，该组成运算部使用由发热量计测装置计测的发热量及由密度计测装置计测的密度来运算燃料气体的组成。
Description
技术领域
本公开涉及燃料气体的组成分析装置及组成分析方法、以及具备该组成分析装置的原动机控制装置及包括该组成分析方法的原动机控制方法。
本申请基于2020年10月29日在日本专利局申请的特愿2020-181893号主张优先权，并将其内容援引于此。
背景技术
在向燃气轮机供给的燃料气体中含有氮气那样的非活性气体的情况下，燃料气体中的非活性气体的浓度对燃料气体的燃烧性产生影响。在专利文献1中记载了如下那样的燃料流量控制装置：即使在使用了非活性气体的浓度时序地变化的燃料气体的情况下，也能够在燃气轮机中使燃料气体稳定燃烧。在该燃料流量控制装置中，测定燃料气体中的非活性气体的浓度，基于所测定的非活性气体的浓度来控制燃料气体的供给流量。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-127197号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在燃料气体中的非活性气体的浓度测定中一般使用气相色谱，但由于气相色谱的检测时间较长，因此在燃料气体中的非活性气体的浓度时时刻刻变化的情况下，存在利用专利文献1所记载的燃料流量控制装置难以控制燃料流量这样的课题。
鉴于上述情况，本公开的至少一个实施方式的目的在于，提供一种能够迅速地分析燃料气体的组成的燃料气体的组成分析装置及组成分析方法、以及具备该组成分析装置的原动机控制装置及包括该组成分析方法的原动机控制方法。
用于解决课题的方案
为了实现上述目的，本公开的燃料气体的组成分析装置是包含非活性气体及可燃性气体的燃料气体的组成分析装置，其中，该燃料气体的组成分析装置具备：发热量计测装置，其计测所述燃料气体的每单位量的发热量；密度计测装置，其计测所述燃料气体的密度；以及控制装置，其包括组成运算部，该组成运算部使用由所述发热量计测装置计测的所述发热量及由所述密度计测装置计测的所述密度来运算所述燃料气体的组成。
另外，本公开的燃料气体的组成分析方法是包含非活性气体及可燃性气体的燃料气体的组成分析方法，其中，该燃料气体的组成分析方法包括如下步骤：计测所述燃料气体的每单位量的发热量；计测所述燃料气体的密度；以及使用计测的所述发热量及所述密度来运算所述燃料气体的组成。
发明效果
根据本公开的燃料气体的组成分析装置及组成分析方法，对能够迅速计测的燃料气体的每单位量的发热量及燃料气体的密度进行计测，并且使用这些计测值分析燃料气体的组成，因此能够迅速地分析包含非活性气体及可燃性气体的燃料气体的组成。
附图说明
图1是本公开的一实施方式的燃料气体的组成分析装置及具备该组成分析装置的原动机控制装置的结构图。
图2是示出设置有本公开的一实施方式的燃料气体的组成分析装置的燃气轮机的燃烧器的结构的示意图。
图3是本公开的一实施方式的燃料气体的组成分析装置所具备的控制装置的结构示意图。
图4是用于说明本公开的一实施方式的燃料气体的组成分析装置使用燃料气体的密度及发热量来运算所述燃料气体的组成的原理的图表。
图5是用于说明本公开的一实施方式的燃料气体的组成分析装置使用燃料气体的密度及发热量来运算所述燃料气体的组成的另一原理的图表。
图6是示出用于通过本公开的一实施方式的原动机控制装置根据燃料气体中的非活性气体的浓度及燃料气体的发热量来算出燃料比率的控制流程的一例的图。
具体实施方式
以下，基于附图对本公开的实施方式的燃料气体的组成分析装置及组成分析方法进行说明。该实施方式表示本公开的一个方式，并不限定本公开，能够在本公开的技术思想的范围内任意地变更。
<本公开的一实施方式的燃料气体的组成分析装置及原动机控制装置的结构>
如图1所示，本公开的一实施方式的燃料气体的组成分析装置20是用于分析向作为原动机的燃气轮机1供给的燃料气体的组成的组成分析装置。在燃料气体中包含燃料成分即烃燃料这样的可燃性气体以及氮气这样非活性气体，组成分析装置20分析的燃料气体的组成具体是指燃料气体中的非活性气体的浓度或可燃性气体的浓度或这两者。在以下说明的实施方式中，对作为燃料气体的组成的分析而求出燃料气体中的非活性气体的浓度的方式进行说明，但实质上与求出燃料气体中的可燃性气体的浓度、求出非活性气体及可燃性气体各自的浓度同义。
燃气轮机1具备：压缩机2，其用于生成压缩空气；燃烧器4，其用于使用压缩空气及燃料气体来产生燃烧气体；以及涡轮机3，其构成为由燃烧气体驱动而旋转。对涡轮机3连结有由涡轮机3驱动的发电机5。对燃烧器4连接有一端与未图示的燃料供给源连接的燃料供给管线6的另一端。
如图2所示，燃烧器4具备外筒11，在外筒11的内部，在以外筒11的轴线为中心的径向上隔开规定间隔地设置有内筒12。在内筒12的前端部连结有尾筒13。在外筒11与内筒12之间形成有供由压缩机2(参照图1)压缩的压缩空气流通的环形状的流路18。在内筒12的内部配置有作为第一烧嘴的先导燃烧烧嘴14、以及以包围先导燃烧烧嘴14的方式设置的作为第二烧嘴的多个主燃烧烧嘴15。先导燃烧烧嘴14具备作为第一喷嘴的先导喷嘴16，各主燃烧烧嘴15具备作为第二喷嘴的主喷嘴17。
如图1所示，组成分析装置20具备：密度计测装置21及发热量计测装置22，其设置于燃料供给管线6，分别计测燃料气体的密度及燃料气体的每单位量(单位容积或单位质量等)的发热量；以及控制装置23，其与密度计测装置21及发热量计测装置22分别电连接，控制装置23将密度ρ0及发热量LHV0的计测值分别作为电信号从密度计测装置21及发热量计测装置22输入。密度计测装置21及发热量计测装置22的结构没有特别限定，只要能够计测密度及发热量，则可以使用任意的结构。另外，密度计测装置21及发热量计测装置22可以是分别独立的装置，也可以是能够计测密度及发热量双方的一个装置。作为后者的结构的一例，例如可以使用防爆型热量计。控制装置23虽均未图示，但具备CPU(Central ProcessingUnit)、RAM(RandomAccess Memory)、ROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、I/F(Inter Face)、控制电路等，通过由CPU执行储存于ROM的规定的控制程序来具体化。
在燃气轮机1中能够设置原动机控制装置30，该原动机控制装置30基于由组成分析装置20分析出的燃料气体的组成来控制燃气轮机1的运转。原动机控制装置30具备组成分析装置20。在以下说明的实施方式中，作为燃气轮机1的运转的控制，以调节分别向先导喷嘴16(参照图2)及主喷嘴17(参照图2)供给的燃料气体的比率即燃料比率的方式为例进行说明，但未必限定于该方式。例如，作为燃气轮机1的运转的控制，为了消除由非活性气体引起的燃烧不良，也可以通过切换控制多个燃烧烧嘴，将燃空比调整得较高。在该实施方式中，在燃料供给管线6中，在比密度计测装置21及发热量计测装置22靠下游侧的位置，作为原动机控制装置30的构成要件之一，设置有用于调节燃料比率的燃料比率控制部31(例如，对分别向先导喷嘴16及主喷嘴17供给的燃料气体的流量进行控制的控制阀)。需要说明的是，在该实施方式中，燃料比率控制部31例如作为控制阀设置于控制装置23的外部，但燃料气体的比率的调整也可以采用程序控制，因此在该情况下，例如也可以将构成为通过程序来控制燃料比率的燃料比率控制部31设置在控制装置23的内部。在该情况下，由于燃料比率控制部31设置在控制装置23内，因此能够减少原动机控制装置30的构成设备的数量。
如图3所示，作为组成分析装置20的构成要件的控制装置23具备组成运算部24，该组成运算部24使用由密度计测装置21计测的密度及由发热量计测装置22计测的发热量来运算燃料气体的组成。另外，在具备组成分析装置20的原动机控制装置30设置于燃气轮机1的情况下，控制装置23具备燃料控制部25，该燃料控制部25算出用于校正燃料比率的燃料控制指令并并将该燃料控制指令向燃料比率控制部31输出。
另外，在控制装置23的外部，为了形成与燃料气体中的非活性气体的浓度对应的燃料比率，设置有接受从燃料控制部25输出的燃料控制指令来对燃料气体向先导喷嘴16及主喷嘴17的供给进行控制的上述的燃料比率控制部31。在此，控制装置23与燃料比率控制部31电连接，燃料控制指令作为电信号向燃料比率控制部31输出。
在该实施方式中，以在控制装置23的外部设置燃料比率控制部31的情况为例进行了说明，但在燃料比率控制部31设置于控制装置23的内部的情况下，燃料比率控制部31可以与燃料控制部25分体地设置于控制装置23的内部，也可以以独立的形式设置于燃料控制部25内。另外，燃料比率控制部31不仅可以作为电子部件，也可以作为程序与控制装置23一体化设置，还可以与燃料控制部25一体化设置。需要说明的是，在将燃料比率控制部31作为程序与控制装置23或燃料控制部25一体化设置的情况下，能够减少控制装置23的构成要素的数量，能够防止控制装置23的整体结构的复杂化。另一方面，在作为电子部件独立地设置燃料比率控制部31的情况下，与作为一个程序一体化设置的情况相比，能够防止多个控制部同时发生故障，并且在发生了故障的情况下、控制内容的更新时能够独立地修理各部件或进行更新作业，因此能够提高作业性。
<本公开的一实施方式的燃料气体的组成分析装置的动作>
接着，对本公开的一实施方式的燃料气体的组成分析装置的动作(燃料气体的组成分析方法)进行说明。如图1所示，当向燃烧器4供给的燃料气体在燃料供给管线6中流通时，通过密度计测装置21及发热量计测装置22分别计测燃料气体的密度ρ0及燃料气体的每单位量的发热量LHV0。与计测出的密度ρ0及发热量LHV0相关的数据如图3所示那样被传输到控制装置23的组成运算部24。以下，对组成运算部24使用计测的密度ρ0及发热量LHV0运算燃料气体的组成(燃料气体中的非活性气体的浓度C)的动作进行详细说明。
组成运算部24为了运算燃料气体的组成，除了密度ρ0及发热量LHV0之外，还需要燃料气体所包含的可燃性气体的密度ρ1及该可燃性气体的每单位量的发热量LHV1、以及燃料气体所包含的非活性气体的密度ρ2。可燃性气体除了作为主要成分的甲烷之外，还含有乙烷、丙烷等，密度ρ1根据其组成的不同而不同。另外，如果可燃性气体的组成变化，则发热量LHV1当然也变化。因此，对于可燃性气体，通过实验、计算等预先决定密度ρ1与发热量LHV1的关系，并将该关系存储于组成运算部24。另外，对于非活性气体的密度ρ2，也根据非活性气体的成分而变化，但由于该成分通常是已知的，因此将基于该成分的密度ρ2存储于组成运算部24。需要说明的是，气体的密度根据气体的温度、压力而变化，但在燃气轮机1的运转中没有较大的变化而能够假定为恒定的情况下，能够忽视温度、压力的影响。另一方面，在燃气轮机1的运转中的温度、压力的变化不能忽视的情况下，在关于可燃性气体的密度ρ1与发热量LHV1的关系中也包含基于温度及压力的影响，关于非活性气体的密度ρ2，设为与温度及压力有关的函数即可。以下，以气体的温度、压力没有较大的变化的条件进行说明。
若将燃料气体中的非活性气体的浓度C的单位设为摩尔分数，则燃料气体的密度的计测值ρ0、燃料气体所包含的可燃性气体的密度ρ1、以及燃料气体所包含的非活性气体的密度ρ2的关系由以下的公式(1)表示。
ρ2C+ρ1(1-C)＝ρ0···(1)
另外，非活性气体不燃烧，故发热量为零，因此燃料气体的发热量的计测值LHV0与可燃性气体的发热量LHV1的关系由以下的公式(2)表示。
0·C+LHV1(1-C)＝LHV0···(2)
由公式(2)得到下述公式(3)。
C＝1-LHV0/LHV1···(3)
将公式(3)代入公式(1)，得到以下的公式(4)。
[数学式1]
在此，将存储于组成运算部24的关于可燃性气体的密度ρ1与发热量LHV1的关系设为如以下的公式(5)那样线性回归(linear regression)的函数。
LHV1＝αρ1+β···(5)
在公式(5)中，α及β均是常数。
根据公式(4)及公式(5)求出LHV0/LHV1，并将其代入公式(3)进行整理，得到求出燃料气体中的非活性气体的浓度C的下述公式(6)。
[数学式2]
组成运算部24根据分别由密度计测装置21及发热量计测装置22计测的密度ρ0及发热量LHV0、存储于组成运算部24的非活性气体的密度ρ2、以及公式(5)所示的函数，基于公式(6)，算出燃料气体中的非活性气体的浓度C，即，运算燃料气体的组成。
这样，对能够迅速计测的燃料气体的每单位量的发热量LHV0及燃料气体的密度ρ0进行计测，并使用这些计测值来分析燃料气体的组成，因此能够迅速地分析包含非活性气体及可燃性气体的燃料气体的组成。
如图4所示，在以密度为x轴、以发热量为y轴的xy平面上，公式(5)所示的函数是用实线描绘的直线L。非活性气体不燃烧，故发热量为零，因此非活性气体的ρ2位于x轴上的点A。另一方面，燃烧气体所包含的可燃性气体的密度ρ1及发热量LHV1由直线L上的点B表示。若将用连结点A和点B的单点划线描绘的直线l1、与通过表示位于x轴上的燃料气体的密度的计测值的点D且用与y轴平行的单点划线描绘的直线l2的交点设为E，则交点E的y坐标表示发热量LHV0。在该xy平面上，将单位设为摩尔分数的燃料气体中的非活性气体的浓度C相当于点B、E间的长度相对于点A、B间的长度的比。
在燃料气体中的非活性气体的浓度低至几％左右以下的情况下，能够利用比公式(6)简单的公式近似地算出浓度C。在燃料气体中的非活性气体的浓度低的情况下，如图5所示，若将与由密度计测装置21计测的密度ρ0对应的直线L上的点设为F，则点B与点F非常接近。因此，若将与点F对应的发热量设为LHV1’，则该发热量LHV1’与对应于点B的发热量LHV1近似相等。
在此，
LHV1’＝αρ0+β···(7)
因此，若在公式(3)中使用上述公式(7)的LHV1’来代替LHV1，则公式(3)成为下述公式(8)。
[数学式3]
需要说明的是，在这样的情况下，关于可燃性气体的密度ρ1与发热量LHV1的关系并不限定于如公式(5)那样线性回归的函数，可以设为任意的函数LHV1＝f(ρ1)。于是，公式(7)成为
LHV1’＝f(ρ0)···(7’)
公式(8)成为下述公式(9)。
[数学式4]
这样，在燃料气体中的非活性气体的浓度低的情况下，能够通过比较简单的上述公式(8)或(9)近似地算出浓度C，因此能够简单地分析包含非活性气体及可燃性气体的燃料气体的组成。
<本公开的一实施方式的原动机控制装置的动作>
接着，对本公开的一实施方式的原动机控制装置的动作(原动机控制方法)进行说明。如图3所示，燃料控制部25从组成运算部24接收燃料气体中的非活性气体的浓度C及燃料气体的每单位量的发热量LHV0的数据，算出与燃料气体中的非活性气体的浓度C对应的、分别向先导喷嘴16(参照图2)及主喷嘴17(参照图2)供给的燃料气体的比率即燃料比率。
在图6中示出用于燃料控制部25根据浓度C及发热量LHV0算出燃料比率的控制流程的一例。在通常的动作中决定与燃气轮机1的输出对应的基准的燃料比率F0，但燃料控制部25决定分别基于浓度C及发热量LHV0的燃料比率的增益G1及G2，通过与基准的燃料比率F0相加，算出与燃料气体中的非活性气体的浓度C对应的燃料比率F1。
如图3所示，燃料控制部25算出用于控制燃料比率控制部31以成为算出的燃料比率的燃料控制指令，并将该燃料控制指令向燃料比率控制部31输出。由此，控制燃料比率控制部31，以与燃料气体中的非活性气体的浓度C对应的燃料比率分别向先导喷嘴16及主喷嘴17进行供给，因此即使燃料气体中的非活性气体的浓度C变化，也能够使燃料气体稳定燃烧。
需要说明的是，在本公开的一实施方式中，为了算出燃料气体中的非活性气体的浓度C，由控制装置23的组成运算部24连续地取得分别由密度计测装置21及发热量计测装置22计测的密度ρ0及发热量LHV0的计测值，与此相应地，将燃料气体中的非活性气体的浓度C适当数据化，但也可以是，在控制装置23中预先编程，以使得在预先设定了规定周期的基础上，进行针对每个规定周期的一系列的处理，将燃料气体中的非活性气体的浓度C数据化。
上述各实施方式所记载的内容例如如以下那样进行掌握。
[1]一个方案的燃料气体的组成分析装置是包含非活性气体及可燃性气体的燃料气体的组成分析装置(20)，
所述燃料气体的组成分析装置具备：
发热量计测装置(22)，其计测所述燃料气体的每单位量的发热量；
密度计测装置(21)，其计测所述燃料气体的密度；以及
控制装置(23)，其包括组成运算部(24)，所述组成运算部(24)使用由所述发热量计测装置(22)计测的所述发热量及由所述密度计测装置(21)计测的所述密度来运算所述燃料气体的组成。
根据本公开的燃料气体的组成分析装置，对能够迅速计测的燃料气体的每单位量的发热量及燃料气体的密度进行计测，并使用这些计测值来分析燃料气体的组成，因此能够迅速地分析包含非活性气体及可燃性气体的燃料气体的组成。
[2]另一方案的燃料气体的组成分析装置在[1]的燃料气体的组成分析装置的基础上，
在所述控制装置(23)中预先规定有表示所述可燃性气体的每单位量的发热量LHV1相对于所述可燃性气体的密度ρ1的关系的函数，
所述组成运算部(24)使用由所述发热量计测装置(22)计测的所述发热量、由所述密度计测装置(21)计测的所述密度、以及所述函数来运算所述燃料气体的组成。
根据这样的结构，对能够迅速计测的燃料气体的每单位量的发热量及燃料气体的密度进行计测，并使用这些计测值来分析燃料气体的组成，因此能够迅速地分析包含非活性气体及可燃性气体的燃料气体的组成，而且，通过预先规定有表示可燃性气体的每单位量的发热量相对于可燃性气体的密度的关系的函数，即使在燃料气体中的非活性气体的浓度时时刻刻变化的情况下，也能够迅速地掌握。
[3]又一方案的燃料气体的组成分析装置在[2]的燃料气体的组成分析装置的基础上，
在将由所述发热量计测装置(22)计测的所述发热量设为LHV0、
将由所述密度计测装置(21)计测的所述密度设为ρ0、
将所述非活性气体的密度设为ρ2、
将所述燃料气体中的所述非活性气体的浓度设为C、
使用常数α及β将所述函数设为LHV1＝αρ1+β时，
所述组成运算部(24)基于下述公式，运算所述燃料中的所述非活性气体的浓度C作为所述燃料气体的组成。
[数学式5]
根据这样的结构，使用计测的燃料气体的每单位量的发热量及燃料气体的密度，根据上述公式将非活性气体的浓度C作为燃料气体的组成进行分析，因此能够准确地分析包含非活性气体及可燃性气体的燃料气体的组成。
[4]又一方案的燃料气体的组成分析装置在[2]的燃料气体的组成分析装置的基础上，
在将由所述发热量计测装置(22)计测的所述发热量设为LHV0、
将由所述密度计测装置(21)计测的所述密度设为ρ0、
将所述燃料气体中的所述非活性气体的浓度设为C、
将所述函数设为LHV1＝f(ρ1)时，
所述组成运算部(24)基于使用了将μ0代入所述函数的变量ρ1而得到的f(ρ0)的下述公式，运算所述燃料中的所述非活性气体的浓度C作为所述燃料气体的组成。
[数学式6]
根据这样的结构，在燃料气体中的非活性气体的浓度C低至几％以下的情况下，能够通过比较简单的上述公式近似地算出浓度C，因此能够简单地分析包含非活性气体及可燃性气体的燃料气体的组成。
[5]又一方案的燃料气体的组成分析装置在[4]的燃料气体的组成分析装置的基础上，
在使用常数α及β将所述函数设为f(ρ1)＝αρ1+β时，
所述组成运算部(24)基于使用了将ρ0代入所述函数的变量ρ1而得到的(αρ0+β)的下述公式，运算所述燃料中的所述非活性气体的浓度C作为所述燃料气体的组成。
[数学式7]
根据这样的结构，在燃料气体中的非活性气体的浓度C低至几％以下的情况下，能够利用比上述[4]的结构的公式更简单的公式近似地算出浓度C，因此能够更简单地分析包含非活性气体及可燃性气体的燃料气体的组成。
[6]一个方案的原动机控制装置是对具备使所述燃料气体燃烧的燃烧器(4)的原动机(燃气轮机1)进行控制的原动机控制装置(30)，
所述原动机控制装置具备：
[1]至[5]中任一个组成分析装置(20)；以及
燃料比率控制部(31)，其用于调节分别向所述燃烧器(4)所具备的相互不同的第一喷嘴(先导喷嘴16)及第二喷嘴(主喷嘴17)供给的所述燃料气体的比率即燃料比率，
所述控制装置(23)还具备燃料控制部(25)，
所述燃料控制部(25)基于由所述组成分析装置(20)得到的所述燃料气体的组成，算出用于校正所述燃料气体的比率即燃料比率的燃料控制指令，并将该燃料控制指令向所述燃料比率控制部(31)输出。
根据本公开的原动机控制装置，通过基于包含非活性气体及可燃性气体的燃料气体的组成的迅速的分析结果，对分别向燃烧器所具备的相互不同的第一喷嘴及第二喷嘴供给的燃料气体的比率即燃料比率进行控制，由此能够维持燃烧器的适当的燃烧特性。
[7]一个方案的原动机控制装置在[6]的原动机控制装置的基础上，
所述燃料比率控制部(31)设置于所述控制装置(23)的内部，并且构成为接受所述燃料控制指令并通过程序来控制所述燃料比率。
根据这样的结构，由于燃料比率控制部设置在控制装置内，因此能够减少原动机控制装置的构成设备的数量。
[8]一个方案的燃料气体的组成分析方法是包含非活性气体及可燃性气体的燃料气体的组成分析方法，
所述燃料气体的组成分析方法包括如下步骤：
计测所述燃料气体的每单位量的发热量；
计测所述燃料气体的密度；以及
使用计测的所述发热量及所述密度来运算所述燃料气体的组成。
根据本公开的燃料气体的组成分析方法，对能够迅速计测的燃料气体的每单位量的发热量及燃料气体的密度进行计测，并使用这些计测值来分析燃料气体的组成，因此能够迅速地分析包含非活性气体及可燃性气体的燃料气体的组成。
[9]另一方案的燃料气体的组成分析方法在[8]的燃料气体的组成分析方法的基础上，
预先规定有表示所述可燃性气体的每单位量的发热量LHV1相对于所述可燃性气体的密度ρ1的关系的函数，
使用计测的所述发热量及所述密度和所述函数来运算所述燃料气体的组成。
根据这样的方法，对能够迅速计测的燃料气体的每单位量的发热量及燃料气体的密度进行计测，并使用这些计测值来分析燃料气体的组成，因此能够迅速地分析包含非活性气体及可燃性气体的燃料气体的组成。
[10]又一方案的燃料气体的组成分析方法在[9]的燃料气体的组成分析方法的基础上，
在将计测的所述发热量设为LHV0、
将计测的所述密度设为ρ0、
将所述非活性气体的密度设为ρ2、
将所述燃料气体中的所述非活性气体的浓度设为C、
使用常数α及β将所述函数设为LHV1＝αρ1+β时，
基于下述公式，运算所述燃料中的所述非活性气体的浓度C作为所述燃料气体的组成。
[数学式8]
根据这样的方法，使用计测的燃料气体的每单位量的发热量及燃料气体的密度，根据上述公式，将非活性气体的浓度C作为燃料气体的组成进行分析，因此能够准确地分析包含非活性气体及可燃性气体的燃料气体的组成。
[11]又一方案的燃料气体的组成分析方法在[9]的燃料气体的组成分析方法的基础上，
在将计测的所述发热量设为LHV0、
将计测的所述密度设为ρ0、
将所述燃料气体中的所述非活性气体的浓度设为C、
将所述函数设为LHV1＝f(ρ1)时，
基于使用了将ρ0代入所述函数的变量ρ1而得到的f(ρ0)的下述公式，运算所述燃料中的所述非活性气体的浓度C作为所述燃料气体的组成。
[数学式9]
根据这样的方法，在燃料气体中的非活性气体的浓度C低至几％以下的情况下，能够通过比较的简单的上述公式近似地算出浓度C，因此能够简单地分析包含非活性气体及可燃性气体的燃料气体的组成。
[12]又一方案的燃料气体的组成分析方法在[11]的燃料气体的组成分析方法的基础上，
在将所述函数使用常数α及β设为f(ρ1)＝αρ1+β时，
基于使用了将ρ0代入所述函数的变量ρ1而得到的(αρ0+β)的下述公式，运算所述燃料中的所述非活性气体的浓度C作为所述燃料气体的组成。
[数学式10]
根据这样的方法，在燃料气体中的非活性气体的浓度C低至几％以下的情况下，能够利用比上述[11]的方法的公式更简单的公式近似地算出浓度C，因此能够更简单地分析包含非活性气体及可燃性气体的燃料气体的组成。
[13]一个方案的原动机控制方法是对具备使所述燃料气体燃烧的燃烧器(4)的原动机(燃气轮机1)进行控制的原动机控制方法，
所述原动机控制方法包括[8]至[12]中任一个组成分析方法，
基于由所述组成分析方法得到的所述燃料气体的组成，算出并输出燃料控制指令，所述燃料控制指令用于校正分别向所述燃烧器(4)所具备的相互不同的第一喷嘴(先导喷嘴16)及第二喷嘴(主喷嘴17)供给的所述燃料气体的比率即燃料比率。
根据本公开的原动机控制方法，通过基于包含非活性气体及可燃性气体的燃料气体的组成的迅速的分析结果，对分别向燃烧器所具备的相互不同的第一喷嘴及第二喷嘴供给的燃料气体的比率即燃料比率进行控制，由此能够维持燃烧器的适当的燃烧特性。
附图标记说明：
1...燃气轮机(原动机)；
4...燃烧器；
16...先导喷嘴(第一喷嘴)；
17...主喷嘴(第二喷嘴)；
20...组成分析装置；
21...密度计测装置；
22...发热量计测装置；
23...控制装置；
24...组成运算部；
25...燃料控制部；
30...原动机控制装置；
31...燃料比率控制部。
Claims (13)
1.一种燃料气体的组成分析装置，所述燃料气体包含非活性气体及可燃性气体，其中，
所述燃料气体的组成分析装置具备：
发热量计测装置，其计测所述燃料气体的每单位量的发热量；
密度计测装置，其计测所述燃料气体的密度；以及
控制装置，其包括组成运算部，所述组成运算部使用由所述发热量计测装置计测的所述发热量及由所述密度计测装置计测的所述密度来运算所述燃料气体的组成。
2.根据权利要求1所述的燃料气体的组成分析装置，其中，
在所述控制装置中预先规定有表示所述可燃性气体的每单位量的发热量LHV1相对于所述可燃性气体的密度ρ1的关系的函数，
所述组成运算部使用由所述发热量计测装置计测的所述发热量、由所述密度计测装置计测的所述密度、以及所述函数来运算所述燃料气体的组成。
3.根据权利要求2所述的燃料气体的组成分析装置，其中，
在将由所述发热量计测装置计测的所述发热量设为LHV0、
将由所述密度计测装置计测的所述密度设为ρ0、
将所述非活性气体的密度设为ρ2、
将所述燃料气体中的所述非活性气体的浓度设为C、
使用常数α及β将所述函数设为LHV1＝αρ1+β时，
所述组成运算部基于下述公式，运算所述燃料中的所述非活性气体的浓度C作为所述燃料气体的组成，
[数学式1]
4.根据权利要求2所述的燃料气体的组成分析装置，其中，
在将由所述发热量计测装置计测的所述发热量设为LHV0、
将由所述密度计测装置计测的所述密度设为ρ0、
将所述燃料气体中的所述非活性气体的浓度设为C、
将所述函数设为LHV1＝f(ρ1)时，
所述组成运算部基于使用了将ρ0代入所述函数的变量ρ1而得到的f(ρ0)的下述公式，运算所述燃料中的所述非活性气体的浓度C作为所述燃料气体的组成，
[数学式2]
5.根据权利要求4所述的燃料气体的组成分析装置，其中，
在使用常数α及β将所述函数设为f(ρ1)＝αρ1+β时，
所述组成运算部基于使用了将ρ0代入所述函数的变量ρ1而得到的(αρ0+β)的下述公式，运算所述燃料中的所述非活性气体的浓度C作为所述燃料气体的组成，
[数学式3]
6.一种原动机控制装置，其对具备使所述燃料气体燃烧的燃烧器的原动机进行控制，其中，
所述原动机控制装置具备：
权利要求1至5中任一项所述的组成分析装置；以及
燃料比率控制部，其用于调节分别向所述燃烧器所具备的相互不同的第一喷嘴及第二喷嘴供给的所述燃料气体的比率即燃料比率，
所述控制装置还具备燃料控制部，
所述燃料控制部基于由所述组成分析装置得到的所述燃料气体的组成，算出用于校正所述燃料比率的燃料控制指令，并将该燃料控制指令向所述燃料比率控制部输出。
7.根据权利要求6所述的原动机控制装置，其中，
所述燃料比率控制部设置于所述控制装置的内部，并且构成为接受所述燃料控制指令并通过程序来控制所述燃料比率。
8.一种燃料气体的组成分析方法，所述燃料气体包含非活性气体及可燃性气体，其中，
所述燃料气体的组成分析方法包括如下步骤：
计测所述燃料气体的每单位量的发热量；
计测所述燃料气体的密度；以及
使用计测的所述发热量及所述密度来运算所述燃料气体的组成。
9.根据权利要求8所述的燃料气体的组成分析方法，其中，
预先规定有表示所述可燃性气体的每单位量的发热量LHV1相对于所述可燃性气体的密度ρ1的关系的函数，
使用计测的所述发热量及所述密度、以及所述函数来运算所述燃料气体的组成。
10.根据权利要求9所述的燃料气体的组成分析方法，其中，
在将计测的所述发热量设为LHV0、
将计测的所述密度设为ρ0、
将所述非活性气体的密度设为ρ2、
将所述燃料气体中的所述非活性气体的浓度设为C、
使用常数α及β将所述函数设为LHV1＝αρ1+β时，
基于下述公式，运算所述燃料中的所述非活性气体的浓度C作为所述燃料气体的组成，
[数学式4]
11.根据权利要求9所述的燃料气体的组成分析方法，其中，
在将计测的所述发热量设为LHV0、
将计测的所述密度设为ρ0、
将所述燃料气体中的所述非活性气体的浓度设为C、
将所述函数设为LHV1＝f(ρ1)时，
基于使用了将ρ0代入所述函数的变量ρ1而得到的f(ρ0)的下述公式，运算所述燃料中的所述非活性气体的浓度C作为所述燃料气体的组成，
[数学式5]
12.根据权利要求11所述的燃料气体的组成分析方法，其中，
在使用常数α及β将所述函数设为f(ρ1)＝αρ1+β时，
基于使用了将ρ0代入所述函数的变量ρ1而得到的(αρ0+β)的下述公式，运算所述燃料中的所述非活性气体的浓度C作为所述燃料气体的组成，
[数学式6]
13.一种原动机控制方法，其对具备使所述燃料气体燃烧的燃烧器的原动机进行控制，其中，
所述原动机控制方法包括权利要求8至12中任一项所述的组成分析方法，
基于通过所述组成分析方法得到的所述燃料气体的组成，算出并输出燃料控制指令，所述燃料控制指令用于校正分别向所述燃烧器所具备的相互不同的第一喷嘴及第二喷嘴供给的所述燃料气体的比率即燃料比率。
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